igbt驅(qū)動(dòng)電路參數(shù)計(jì)算詳解

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1、IGBT驅(qū)動(dòng)電路參數(shù)計(jì)算詳解大功率IGBT模塊在使用中驅(qū)動(dòng)器至關(guān)重要，本文介紹在特定應(yīng)用條件下IGBT門極驅(qū)動(dòng)性能參數(shù)的計(jì)算方法，經(jīng)驗(yàn)公式及有關(guān)CONCEPT驅(qū)動(dòng)板的選型標(biāo)準(zhǔn)，得出的一些參數(shù)值可以作為選擇一款合適IGBT驅(qū)動(dòng)器的基本依據(jù)。1門極驅(qū)動(dòng)的概念I(lǐng)GBT存在門極-發(fā)射極電容Cge，門極-集電極電容Cgc，我們將IGBT的門極等效電容定義為Cg，門極驅(qū)動(dòng)回路的等效電路如下圖所示：其本質(zhì)是：一個(gè)脈沖電壓源向RC電路進(jìn)行充放電，對(duì)于這個(gè)電壓源，有2個(gè)物理量我們需要關(guān)心，1.它的功率；2.它的峰值電流。2驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算驅(qū)動(dòng)器是用來控制功率器件的導(dǎo)通和關(guān)斷。為了實(shí)現(xiàn)此功

2、能，驅(qū)動(dòng)器對(duì)功率器件的門極進(jìn)行充電以達(dá)到門極開通電壓VGE_on，或者是對(duì)門極進(jìn)行放電至門極關(guān)斷電壓VGE_off。門極電壓的兩種電平間的轉(zhuǎn)換過程中，在驅(qū)動(dòng)器門極驅(qū)動(dòng)電阻及功率器件組成的回路中產(chǎn)生一定的損耗。這個(gè)參數(shù)我們稱為驅(qū)動(dòng)功率PDRV。驅(qū)動(dòng)器必須根據(jù)其所驅(qū)動(dòng)的功率器件所需的驅(qū)動(dòng)功率來選擇。驅(qū)動(dòng)功率可以從門極電荷量QGate，開關(guān)頻率fIN，以及驅(qū)動(dòng)器實(shí)際輸出電壓擺幅ΔVGate計(jì)算得出：PDRV?=QGate?*fIN?*ΔVGate????????(Eq.1)備注：PDRV:驅(qū)動(dòng)器每通道輸出功率；fIN:IGBT開關(guān)頻率；QGate?:IGBT門極電荷，可從規(guī)

3、格書第一頁查出，不同IGBT該數(shù)值不同；ΔVGate:門極驅(qū)動(dòng)電壓擺幅，等于驅(qū)動(dòng)正壓+U和負(fù)壓–U之間差值。如果門極回路放置了一個(gè)電容CGE(輔助門極電容)，那么驅(qū)動(dòng)器也需要對(duì)該電容進(jìn)行充放電，如圖1所示：圖1.帶外接阻容的門級(jí)驅(qū)動(dòng)只要CGE在一個(gè)周期內(nèi)被完全的充放電，那么RGE值并不影響所需驅(qū)動(dòng)功率。驅(qū)動(dòng)功率可以從以下公式得出：P?DRV?=QGATE?*fIN?*ΔVGATE?+CGE?*fIN*ΔVGATE2???(Eq.2)這個(gè)功率是每個(gè)IGBT驅(qū)動(dòng)時(shí)必須的，但門極的充放電是沒有能量損失的，這個(gè)功率實(shí)際上損失在驅(qū)動(dòng)電阻及外部電路中。注意：這個(gè)功率是表示在電路中

4、實(shí)際需要的，而在驅(qū)動(dòng)電路中的其它損耗（包括供電電源損耗）不包含在內(nèi)。驅(qū)動(dòng)器中DC/DC變換器的總輸出功率在concept公司智能驅(qū)動(dòng)板說明書中被標(biāo)明了，對(duì)于半橋電路驅(qū)動(dòng)器，由于總變換器功率被標(biāo)明了，因此總輸出功率的一半即是每個(gè)通道的功率。另外，還有一部分功率損失在驅(qū)動(dòng)電路元件中?？偣β蕮p耗通常是由一個(gè)靜態(tài)的、固定的損耗加上最終驅(qū)動(dòng)損耗組成。Concept驅(qū)動(dòng)板靜態(tài)損耗描述如下：IHD215/280/680每個(gè)通道0.4WIHD580FX每個(gè)通道0.8WIGD608/615AX整個(gè)板0.5WIGD508/515EX（無光藕元件）0.5W在IGD508/515中，光藕的發(fā)

5、送及接收所損失的功率應(yīng)被計(jì)算在內(nèi)。光藕接收器所用的5V電源是由外部16V供電電源線性變換得來，這部分的損耗應(yīng)該用＋16V乘以電流計(jì)算，而不是用＋5V計(jì)算。每個(gè)通道的靜態(tài)損耗也可通過測(cè)量得到，具體如下：斷開輸入側(cè)的電壓供應(yīng)（DC/DC變換器的逆流），16V的電壓直接加在Cs，COM腳兩端（等效副邊電容）。驅(qū)動(dòng)板在靜態(tài)時(shí)的消耗電流（沒有輸入脈沖時(shí)）同有脈沖工作時(shí)一樣，能夠直接從電路中的電流表讀出。以上公式是在門極驅(qū)動(dòng)電流不發(fā)生諧振的條件下得出的。只要這個(gè)開關(guān)過程是IGBT門極從完全打開到完全關(guān)斷或者反過來，則驅(qū)動(dòng)功率并不依賴于門極電阻及占空比的變化而變化。接下來我們來看如

6、何確定門極電荷量QGate。3?門極電荷量QGate絕不能從IGBT或MOSFET的輸入電容Cies計(jì)算得出。Cies僅僅是門極電荷量曲線在原點(diǎn)(VGE=0V)時(shí)的一階近似值。在IGBT手冊(cè)中的電容值Ciss，在實(shí)際電路應(yīng)用中不是一個(gè)特別有用的參數(shù)，因?yàn)樗峭ㄟ^電橋測(cè)得的，由于測(cè)量電壓太小而不能到達(dá)門極門檻電壓，在實(shí)際開關(guān)中增加的內(nèi)部回饋效應(yīng)（Miller效應(yīng)）在測(cè)量中未被包括在內(nèi)。在測(cè)量電路中，一個(gè)25V的電壓加在集電極“C”上，在這種測(cè)量構(gòu)架下，所測(cè)結(jié)電容要比Vce＝0V時(shí)要小一些。因此，Ciss僅僅只能在IGBT互相作比較時(shí)使用。我們?cè)谶x擇和設(shè)計(jì)IGBT驅(qū)動(dòng)器時(shí)

7、經(jīng)常會(huì)碰到一些問題和不確定因素。部分原因是廠家對(duì)IGBT描述的不夠充分；另一方面是由于IGBT手冊(cè)中所給的輸入結(jié)電容Ciss值與在應(yīng)用中的實(shí)際的輸入結(jié)電容值相差甚遠(yuǎn)。依據(jù)手冊(cè)中的Ciss值作設(shè)計(jì)，令許多開發(fā)人員走入歧途。對(duì)于設(shè)計(jì)一個(gè)驅(qū)動(dòng)器來講，最重要的參數(shù)是門極電荷，在很多情況下，IGBT數(shù)據(jù)手冊(cè)中這個(gè)參數(shù)沒有給出，另外，門極電壓在上升過程中的充電過程也未被描述。功率半導(dǎo)體的門極電荷量曲線是極其非線性的。這就是為什么QGate必須通過對(duì)門極電荷量曲線在VGE_off到VGE_on的區(qū)域內(nèi)積分獲得。無論如何，門極的充電過程相對(duì)而言能夠簡(jiǎn)單地通過測(cè)量得到